Ryžové šupky sú v prírode jedinečné. Obsahujú približne 20 % opálového oxidu kremičitého v kombinácii s veľkým množstvom fenylpropanoidového štruktúrneho polyméru nazývaného lignín. Tento hojný poľnohospodársky odpad má všetky vlastnosti, ktoré by sa dali očakávať od niektorých z najlepších izolačných materiálov. Nedávne testovanie ASTM uskutočnené R&D Services v Cookville, Tennessee, odhaľuje, že ryžové šupky sa veľmi ľahko nerozpaľujú ani netlejú, sú vysoko odolné proti prenikaniu vlhkosti a rozkladu húb, neprenášajú veľmi dobre teplo, nezapáchajú ani neuvoľňujú plyny, a nie sú korozívne vzhľadom na hliník, meď alebo oceľ. V surovom a nespracovanom stave tvoria ryžové šupky izolačný materiál triedy A alebo triedy I, a preto ich možno veľmi hospodárne použiť na izoláciu dutín stien, podlahy a strechy super izolovaného domu s ryžovými trupmi. Tento dokument tiež vysvetľuje, ako môže byť štruktúra takéhoto domu vytvorená z rôznych produktov z upraveného dreva získaných z kôry cukrovej trstiny.
Papier
Keď sa príroda rozhodla, ako zabaliť zrnko ryže, zabalila tento malý zväzok živín do toho, čo sa často označuje ako „biogénny opál“. [1] Chemická štruktúra šupky ryže, ktorá obsahuje amorfný oxid kremičitý viazaný na vodu, sa veľmi podobá štruktúre opálu, čo dáva šupke ryže niektoré pomerne úžasné vlastnosti. Nikde sme nenašli cereálny vedľajší produkt s tak nízkym obsahom bielkovín a dostupných uhľohydrátov a zároveň s takým vysokým obsahom vlákniny, popola a oxidu kremičitého. [2] Zo všetkých obilných vedľajších produktov má ryžová šupka najnižšie percento celkových stráviteľných živín (menej ako 10 %). [3]
Šupka ryže obsahuje približne 20 % opálového oxidu kremičitého v kombinácii s veľkým množstvom fenylpropanoidového štruktúrneho polyméru nazývaného lignín. Takéto vysoké percento oxidu kremičitého je v prírode veľmi nezvyčajné [4] a táto intímna zmes oxidu kremičitého a lignínu robí šupku ryže nielen odolnou voči prenikaniu vody a rozkladu húb, ale aj proti najlepšej snahe človeka zbaviť sa jej. . Keďže ryža sa pestuje na každom kontinente okrem Antarktídy, keďže je na druhom mieste za pšenicou, pokiaľ ide o celosvetovú plochu a produkciu, [5] a keďže šupka predstavuje v priemere asi 20 % hmotnosti hrubo zozbieranej ryže, [6] planéta skončí s množstvom tohto šupinatého zvyšku.
Každý rok sa na celom svete vyrobí viac ako 100 000 000 metrických ton ryžových šupiek. [7] V roku 1995 Spojené štáty vyrobili asi 1 260 000 metrických ton ryžových šupiek [8] v približne 50 mlynoch [9] nachádzajúcich sa v Louisiane, Texase, Arkansase, Missouri, Mississippi, Floride a Kalifornii. Keďže väčšina mlynov skladuje hrubú ryžu a denne ju spracováva, čerstvé suché šupky sú k dispozícii počas celého roka. Keďže trupy sa biologicky nerozložia ani veľmi ľahko nespália, niekedy sú dostupné zadarmo.
- Plevy sa zvyčajne predávajú za približne 6 USD/tona, hoci jeden závod uviedol, že predáva šupky za ceny od 2 do 20 USD za tonu. [10]
Trup je veľmi pevný a abrazívny obalový materiál pozostávajúci z dvoch do seba zapadajúcich polovíc. Zapuzdruje malý priestor, ktorý uvoľní mleté zrno, a v blízkosti nespočetného množstva iných trupov tvorí tepelnú bariéru, ktorá je porovnateľná s vynikajúcimi izolačnými materiálmi. [11] Testy tepelného odporu na celých ryžových šupkách naznačujú hodnoty R väčšie ako 3,0 na palec. [12] Ak je R-hodnota ryžových šupiek taká priaznivá, prečo sa vo veľkej miere nepoužívali na izoláciu obytných a komerčných štruktúr? [13]
Možno sa naši vedci a inžinieri zameriavajú iba na vytváranie materiálov a produktov, ktoré možno označiť a predávať ako patentované. Možno, že skromné použitie ryžovej šupky ako izolačného materiálu dostatočne neinšpiruje vedeckú alebo komerčnú predstavivosť. Prečo sa však zameriavať na produkty vyrobené človekom, keď sa to len tak hemží prírodnými materiálmi? Určite musí existovať nejaký hlboký a zrejmý dôvod, prečo nie je šupka surovej ryže vhodná na to, aby slúžila ako izolačný materiál.
Horia ryžové šupky? Áno, ale s ťažkosťami, ako raz tak elegantne vysvetlil Eldon Beagle:
- „Zvláštne štrukturálne usporiadanie „zväzku slamky na pitie“ z kremičitej celulózy má za následok objekt, ktorý nehorí a dokonca ani neuvoľňuje teplo spôsobom, ktorý sa podobá na akúkoľvek organickú látku. Tieto drobné rúrkové štruktúry s hrebeňom na báze oxidu kremičitého ponúkajú prirodzenú odolnosť. Často sa utesňujú a zabraňujú dôkladnému, rovnomernému horeniu, ktoré je nevyhnutné na získanie požadovaného konečného produktu.“ [14]
Každý, kto sa pokúsil nastaviť zápalku na uvoľnenie ryžových šupiek, chápe, aké ťažké je spáliť. Keďže vzduch nemôže voľne prúdiť cez hromadu ryžových šupiek, aby poskytoval kyslík potrebný na udržanie rýchleho horenia, nespaľujú sa ľahko a čisto. Objemová hmotnosť voľne ložených ryžových šupiek je podobná ako pri balenej slame a každý, kto sa pokúsil spáliť balík slamy, chápe problém spojený s dostupnosťou kyslíka. Ale jednoduchá dostupnosť kyslíka nevysvetľuje všetko.
Ako sme uviedli vyššie, vysoké percento opálového oxidu kremičitého v ryžových šupkách je v porovnaní s inými rastlinnými materiálmi najneobvyklejšie a niektorí vedci tvrdia, že počas spaľovania ryžových šupiek môže popol kremeňa vytvárať „kokón“, ktorý zabraňuje prenikaniu kyslíka. dosiahnutie uhlíka vo vnútri. Iní vedci špekulujú, že keďže oxid kremičitý a uhlík môžu byť čiastočne viazané na molekulárnej úrovni, karbid kremíka sa vytvára počas vysokoteplotného spaľovania a že prítomnosť tejto tepelne odolnej keramiky bráni ľahkému spaľovaniu ryžových šupiek. [15] Ďalší vedci tvrdia, že pri určitých teplotách sa molekulárna väzba medzi oxidom kremičitým a uhlíkom v trupe skutočne posilní, čím sa zabráni dôkladnému a rovnomernému spáleniu trupu. [16] V každom prípade, aj keď sa nám podarí zapáliť hromadu ryžovej šupky, zistíme, že má tendenciu skôr tlieť ako horieť.
- Ryžové šupky spomaľujú horenie a pri bežných teplotách sú samozhášavé. Zapálená zápalka hodená na hromadu ryžových šupiek vo všeobecnosti vyhorí bez toho, aby v šupkách vytvorila samoudržateľný plameň. [17]
Bežná celulózová izolácia vyžaduje pridanie veľkého množstva retardérov horenia a tlmenia. Koncentrácia chemikálií spomaľujúcich horenie a tlenie (ako je kyselina boritá, boritan sodný, síran amónny, síran hlinitý, trihydrát hlinitý, fosforečnan amónny alebo fosforečnan amónny) v bežnej celulózovej izolácii môže dosiahnuť až 40 % hmotnosti. [18] Nákup a príprava týchto chemikálií sú drahé a celulózové vlákno musí prejsť rozsiahlou prípravou, aby ich mohlo prijať.
Prekvapivo, ryžové šupky nevyžadujú žiadne spomaľovače horenia alebo tlenia. Príroda voľne udelila tomuto poľnohospodárskemu odpadu všetky spaľovacie vlastnosti potrebné na to, aby prešiel testom kritického sálavého toku (ASTM C739/E970-89), testom tlejúceho spaľovania (ASTM C739, časť 14) a testom vlastností povrchového horenia ( ASTM E84). Nedávne testovanie uskutočnené R&D Services naznačuje priemerný kritický radiačný tok (CRF) 0,29 W/cm2, stratu hmotnosti pri tlení medzi 0,03 % a 0,07 %, index šírenia plameňa (FSI) 10 a index vývoja dymu (SDI). 50. Keďže stavebné predpisy USA vyžadujú FSI 25 alebo menej a SDI 450 alebo menej, vidíme, že šupka ryže ľahko prešla týmito testami. V surovom a nespracovanom stave tvoria šupky ryže izolačný materiál triedy A alebo triedy I.
Všetky organické materiály budú absorbovať alebo uvoľňovať vlhkosť, kým sa nedostanú do rovnováhy s relatívnou vlhkosťou okolitého vzduchu. Vysoká koncentrácia opálového oxidu kremičitého na vonkajšom povrchu šupky ryže bráni atmosférickému prenosu vlhkosti do šupky. Okrem toho 2,1 % až 6,0 % šupky ryže pozostáva z biopolyesteru nazývaného kutín [19] , ktorý v kombinácii s voskom produkovaným rastlinou ryže tvorí vysoko nepriepustnú bariéru. Príroda využíva niekoľko veľmi účinných stratégií na ochranu jadier ryže pred vodou a vysokou vlhkosťou, ktorá je vo všeobecnosti spojená s pestovaním a rastom tejto rastliny.
V dôsledku toho štúdie vykonané na ryžových šupkách pri 25 °C naznačujú, že rovnovážny obsah vlhkosti ryžových šupiek pri 50 % relatívnej vlhkosti je rovný alebo nižší ako 10 %, zatiaľ čo pri relatívnej vlhkosti 90 % zostáva rovnovážny obsah vlhkosti v šupkách ryže rovný alebo nižší. 15 %. [20] Test sorpcie pary vlhkosti (ASTM C739, oddiel 12) vykonaný výskumnými a vývojovými službami naznačuje zvýšenie hmotnosti iba o 3,23 %. To je výrazne pod vlhkosťou potrebnou na udržanie rastu húb a plesní.
Štandardná špecifikácia ASTM pre celulózovú izoláciu vyžaduje 28-dňový test odolnosti voči rastu plesní (pozri časť 10 normy ASTM C1497, ASTM C1338, časť 6.6 normy ASTM C1149 alebo časť 11 normy ASTM C739). Podľa týchto noriem R&D Services naočkovali ryžové šupky piatimi rôznymi druhmi húb a ryžové šupky prešli týmito testami bez pridania fungicídov alebo akýchkoľvek iných chemikálií.
Vysoká koncentrácia opálového oxidu kremičitého na vonkajšom povrchu šupky ryže tiež stanovuje efektívnu tvrdosť šupky ryže na zhruba rovnakých hodnotách, aké sa uvádzajú pre opál (6 na Mohsovej stupnici). [21] Avšak vďaka prítomnosti lignínu v šupke ryže je táto tvrdosť zmiernená s pružnosťou a elasticitou. Keďže šupka ryže je tvrdá a napriek tomu elastická, odoláva usadzovaniu a stláčaniu oveľa lepšie ako strúhané noviny. Usadenie celulózovej izolácie v dutine steny môže znížiť jej inštalovanú výšku až o 25 %. Z tohto dôvodu je často potrebné stabilizovať celulózovú izoláciu pomocou polyvinylacetátu alebo akrylátového lepidla. Žiadna z týchto stabilizačných zlúčenín nie je potrebná pri ryžových šupkách, ak sú pevne vibrované alebo zabalené do dutiny steny.
Obyčajne voľné ryžové šupky majú sypný uhol asi 35 stupňov. [22] Ale akonáhle sú pevne zabalené do dutiny steny, ich drobné hroty, okraje a chĺpky do seba zapadnú, aby dosiahli negatívny uhol odpočinku. Vďaka tomuto zvláštnemu spojeniu ryžových šupiek pod miernym tlakom sa stabilizujú veľmi rovnomerne a nie je možné žiadne ďalšie usadzovanie. Okrem toho, keďže nie je potrebné pridávať do ryžových šupiek spomaľovače horenia, fungicídy alebo iné chemikálie, R&D Services určili, že táto benígna a stabilná biomasa nevydáva nepríjemné pachy (ASTM C739). Podobne výskumné a vývojové služby určili, že ryžové šupky nekorodujú hliník, meď ani oceľ (ASTM C739, oddiel 9).
S ryžovými šupkami sa nemusíme zapájať do ťažby alebo výrobného procesu, ktorý spôsobuje znečistenie ovzdušia, znečistenie vody alebo eróziu. [23] Pri ryžových šupkách sa nemusíme zapojiť do výrobného procesu, ktorý vyčerpáva naše zásoby fosílnych palív (ako pri polystyréne, [24] polyizokyanuráte a polyuretánovej izolácii). Pri ryžových šupkách nepoužívame chemikálie na báze chlóru, ako je fosgén, propylénchlórhydrín [25] ani žiadne chlórfluórované uhľovodíky poškodzujúce ozónovú vrstvu. [26] Pri ryžových šupkách nepoužívame močovinoformaldehyd a určite ani fenolformaldehyd používaný vo väčšine izolácií zo sklenených vlákien. [27] Pri ryžových šupkách sa nemusíme obávať dráždivosti či karcinogenity prachu a vlákien. [28] Osoby s akútnou chemickou citlivosťou by sa navyše nemali obávať uvoľňovania plynov spojených so spojivami v netkanej izolácii, s atramentom v recyklovaných novinách alebo s VOC uvoľnenými z penovej izolácie. [29] Keďže ryžové šupky nevyžadujú drvenie, drvenie kladivom, kyprenie, zvlákňovanie, viazanie alebo stabilizáciu, majú určite v tých štátoch, kde sú šupky dostupné, oveľa menej stelesnenej energie ako dokonca celulózová izolácia. [30] Keďže ryžové šupky sa veľmi ľahko nespaľujú, nevyžadujú žiadne spomaľovače horenia alebo tlenia, a keďže sú také pevné a odolné, nič nebráni tomu, aby sa znovu a znovu používali a recyklovali.
Snáď najvýznamnejšími nákladmi spojenými s využitím ryžového plievka je jeho doprava. Pri objemovej hmotnosti asi 9 libier. na stopu 3 [ 31] je možné prepravovať voľné trupy približne za rovnakú cenu ako balenú slamu. Aby sa však znížili náklady na dopravu, ryžové šupky možno stlačiť až na 25 libier. na ft 3 bez toho, aby sa zničila ich elasticita. [32] Po odstránení sily stlačenia sa ľahko vrátia do pôvodnej hustoty. Na ekonomickú prepravu ryžových šupiek by však nebolo potrebné stláčať ryžové šupky na hustotu 25 lbs/ft 3 . Pri hustote iba 14,50 lbs/ft 3 dosahuje štandardný 53-stopový príves optimálnu efektivitu prepravy pri maximálnej zákonnej hmotnosti 24 ton. Ak pri tejto hustote prepravy zaplatíme priemerný poplatok za prepravu 1,45 USD za míľu, preprava jednej tony ryžových šupiek 250, 500, 750, 1 000, 1 250 a 1500 míľ (pozri graf nižšie).
Pri inštalovanej hustote 9 lbs/ft 3 jedna tona ryžových šupiek izoluje 222 stôp 2 12-palcovej dutiny steny. Preto náklady na 2 ft , ktoré vzniknú pri preprave na tie isté vzdialenosti, sú 0,07 USD, 0,14 USD, 0,20 USD, 0,27 USD, 0,34 USD a 0,41 USD (pozri nasledujúci graf).
Tí, ktorí žijú menej ako 200 míľ od mlynov na ryžu, by mali mať problém odôvodniť použitie akéhokoľvek iného typu izolačného materiálu. Keď mnohé mlyny neochotne predávajú ryžové šupky za menej ako 5,00 dolárov za tonu, argument v prospech ryžových šupiek sa stáva ešte presvedčivejším. Pri 5,00 USD za tonu sú náklady na ryžové šupky na 2 ft 2 12-palcovej hlbokej steny iba 0,02 USD.
Predpokladajme, že nezaplatíme 5,00 USD, ale 25 USD za tonu (výrazne nad súčasnou trhovou hodnotou), zistíme, že nákupná cena ryžových šupiek za 2 stôp izolovanej steny je len 0,11 USD. Pripočítaním týchto 0,11 USD späť k nákladom na dopravu na tie isté vzdialenosti dostaneme celkové náklady na 2 ft ryžových šupiek dodaných na miesto práce 0,18 USD, 0,25 USD, 0,32 USD, 0,38 USD, 0,45 USD a 0,52 USD (pozri graf nižšie) .
Pomocou týchto jednoduchých výpočtov vidíme, že preprava ryžových šupiek by nemala obmedzovať ani obmedzovať ich široké využitie ako izolácie. Tieto výpočty nám umožňujú urobiť dve porovnania, jedno s ohľadom na balenú slamu a druhé s ohľadom na hustú celulózovú izoláciu. V porovnaní so všetkými ostatnými typmi izolácií na dnešnom trhu majú tieto dva typy izolácií najvyšší obsah recyklácie a najnižší obsah stelesnenej energie.
V priemere váži balík slamy s dvoma vláknami (14 x 18 x 36 palcov) 45 libier, predáva sa za 2,50 USD a prepraví sa na stavenisko za ďalších 1,00 USD. [33] Dvojreťazový balík položený naplocho v stene predstavuje 3,5 ft 2 povrchu steny. To dáva kúpnu cenu 0,71 USD za ft 2 steny, ku ktorej musíme pripočítať ďalších 0,29 USD za dopravu. V súlade s tým sú celkové náklady na balenú slamu na stopu 2 steny balíka približne 1,00 USD. To predstavuje viac ako päťnásobok ceny ryžových šupiek prepravených 250 míľ a takmer dvojnásobok ceny ryžových šupiek prepravených 1 500 míľ. Navyše, 12-palcové ryžové trupy pri R-3,0 na palec poskytujú o 37 % viac izolácie ako 18-palcové balenej slamy pri R-1,45 na palec, [34] a to pri jednej pätine až polovici nákladov, s použitím o 33 % menej priestor steny.
Celulózová izolácia v hustej vrstve sa vkladá do steny s hustotou približne 3,5 lbs/ ft3 . Jedna tona celulózovej izolácie teda izoluje 571 stôp 2 nami navrhovanej steny s hĺbkou 12 palcov. Pri priemernej dodanej cene 540 USD za tonu stojí celulózová izolácia približne 0,95 USD za ft 2 izolovanej steny. Je to o niečo lacnejšie ako balená slama, ale stále je to zhruba päťnásobok ceny ryžového plievka prepraveného 250 míľ a dvojnásobku ceny ryžového plievka prepraveného 1 500 míľ.
Ak sa izolácia ryžového trupu dobre porovnáva s izoláciou z balíkov slamy a celulózy, o čo by mala byť žiadúcejšia ako tie formy izolácie s nízkym obsahom recyklovaného materiálu a vysokým obsahom energie? Stavebný priemysel v Spojených štátoch vyžaduje ročne niekoľko miliónov ton izolácie. Nemali by mlyny na ryžu uzavrieť spojenectvo s architektmi a staviteľmi, aby nahradili všetky formy izolácie, ktoré sa nevyrábajú environmentálne účinným a prospešným spôsobom?
- Pri vyvrátení by niekto mohol celkom správne namietať, že nosná stena z balíkov slamy poskytuje oveľa viac ako len izoláciu. Niekto by tiež mohol namietať, že sme porovnávali teoretickú izolačnú hodnotu ryžových šupiek oproti inštalovanej izolačnej hodnote slamených balíkov – klasický prípad jabĺk a pomarančov. Ale pokiaľ je stenový systém správne navrhnutý (žiadna tepelná vodivosť cez konštrukčné prvky) a pokiaľ sú ryžové šupky rovnomerne rozmiestnené a zabalené v stene (žiadne priestory neobsadené trupmi), teoretické a inštalované hodnoty by mali byť rovnaké.
V roku 1994 priemysel celulózových izolácií spotreboval 420 000 ton recyklovaných novín. [35] Ide o činnosť, ktorá by sa mala podporovať a zlepšovať všetkými možnými spôsobmi. Ak by mlyny na ryžu prispeli ekvivalentnou sumou do izolačného priemyslu, predstavovalo by to iba jednu tretinu ročnej produkcie ryžových šupiek v Spojených štátoch.
Pri priemernej predajnej cene 25 dolárov za tonu a priemernej prepravnej vzdialenosti 600 míľ by to každý rok generovalo príjem približne 10,5 milióna dolárov pre mlyny na ryžu a viac ako 15 miliónov dolárov pre dopravné spoločnosti. Keďže Spojené štáty americké vytvárajú menej ako 1,3 % celosvetovej produkcie ryžových šupiek, zvyšok sveta môže získať oveľa viac z tohto jednoduchého a nenáročného využitia takého hojného poľnohospodárskeho vedľajšieho produktu. Za predpokladu, že sme presvedčení, že ryžové šupky ponúkajú mnoho výhod oproti konvenčným izolačným materiálom, ako by sme mali postupovať pri stavbe super izolovaného domu s ryžovými šupkami? Za predpokladu, že by sme chceli stavbu tohto domu postaviť takmer výlučne z poľnohospodárskeho odpadu, ako by sme mali postupovať? Keďže voľné ryžové šupky, na rozdiel od balíkov slamy, nemajú žiadnu konštrukčnú hodnotu, ako by sme mali postaviť podlahy, steny a strešné dutiny domu s ryžovými trupmi? Technológia, ktorá by nám umožnila vytvárať podlahové, stenové a strešné systémy z nízkokvalitných celulózových materiálov, už existuje. Spoločnosti ako Georgia-Pacific, Louisiana Pacific, Weyerhaeuser a Boise sa špecializujú na rôzne produkty z upraveného reziva, ako sú nosníky I, laminované dyhované rezivo (LVL), paralelné rezivo (PSL), vrstvené drevo (LSL), orientované drevo rezivo (OSL), lepené lamelové drevo (GLULAM) atď. Tieto výrobky z konštrukčného dreva ponúkajú širokú škálu výhod oproti tradičnému masívnemu rezivu.
Sú bez uzlíkov a iných nedokonalostí. Nezmršťujú sa, nekrúžia, nekrútia sa, nevyhýbajú sa, neštiepia sa, nekontrolujú ani nedeformujú. Sú pevnejšie, tuhšie, ľahšie, rovnejšie a oveľa presnejšie ako masívne rezivo. Môžu byť skonštruované tak, aby prekonali relatívne dlhé vzdialenosti, s oveľa väčšou nosnosťou na jednotku hmotnosti. Architekti môžu navrhnúť stavby s oveľa väčším obývateľným a užitočným priestorom, stavitelia nie sú konfrontovaní s vyhadzovaním a odpadom a tesári ich považujú za ľahké na rezanie a inštaláciu.
V súčasnosti je osika primárnou surovinou používanou na výrobu mnohých z týchto produktov z upraveného dreva. Osika rastie v lesoch a až doteraz bolo ničenie týchto lesov nevyhnutným dôsledkom výroby umelého reziva. Konštrukcia slamených balíkov priťahuje našu pozornosť takým silným spôsobom z jednoduchého dôvodu, že využíva množstvo poľnohospodárskeho odpadu. Pri stavbe nosnej steny zo slamených balíkov nemusíme vyrúbať ani jeden strom, ani nijakým spôsobom neohroziť bohatý a rozmanitý život, ktorý závisí od stromov. Navyše nemusíme viazať ďalší aker poľnohospodárskej pôdy na výrobu balíkov, ktoré sú potrebné na jej výstavbu. Balík slamy je sekundárny produkt alebo vedľajší produkt pestovania pšenice a výroby múky.
Tak, ako nám poľnohospodárstvo dáva ryžový obal ako vedľajší produkt ryže, nemôže nám poľnohospodárstvo poskytnúť aj silné drevité vlákno ako vedľajší produkt niečoho iného? Hľadáme poľnohospodársky vedľajší produkt, ktorý by sa podľa nejakej vnútornej logiky prírody mal v mnohom podobať na bambus. Nielenže by mal byť rýchlo rastúci a silný, ale dokonca by sme mohli očakávať, že nájdeme pozoruhodnú podobnosť s bambusom, pokiaľ ide o štruktúru samotnej rastliny, presnejšie sériu uzlov a internódií, ktoré charakterizujú stonku alebo steblo. Rovnako ako bambus by to mala byť vysoká trváca tráva s hrubostennou vonkajšou kôrou alebo kôrou, ale na rozdiel od bambusu by sme mohli dúfať, že sa dá zozbierať a využiť ako obyčajný vedľajší produkt niečoho iného. Žiadna pôda by nemusela byť vyčlenená špeciálne na jej obrábanie a všetko vybavenie potrebné na jej zber, prepravu a predbežné spracovanie by už malo byť na mieste. Kam by sme mali ísť, aby sme našli takú úžasnú rastlinu?
Už to existuje. Cukrová trstina, ktorú predstavil Christopher Columbus do Nového sveta už v roku 1493, nepredstavuje pre poľnohospodárstvo v Spojených štátoch nič nové. [36] Ale už od svojho zavedenia do Ameriky sa pestuje predovšetkým pre veľké množstvo sacharózy, ktorá vypĺňa jeho vnútorné jadro. Aj keď sa všetka vysokohodnotná sacharóza nachádza predovšetkým v jej vnútri, celá stonka sa drví, lisuje a spracováva, čím sa úplne zničí celistvosť, sila a hodnota drevnatej vonkajšej šupky. V najlepšom prípade slúži ako palivo nízkej kvality a v horšom prípade sa vyhadzujú vonku vo veľkých hromadách, kde by sa prípadne samovznietili pôsobením teplomilných baktérií. Je ťažké pochopiť, čo vyhadzujeme, keď spaľujeme vonkajšiu kôru rastliny cukrovej trstiny. Ak porovnáme rýchlosť rastu a kvalitu vlákien typického lesa na severozápade Tichého oceánu s typickou plantážou cukrovej trstiny v Louisiane, na naše veľké počudovanie by sme zistili, že pole s cukrovou trstinou jednoznačne výrazne prevyšuje les. V rovnakom časovom období môže jeden aker cukrovej trstiny vyprodukovať takmer dvojnásobok stôp dosky ako aker lesa.
Akonáhle celá stonka alebo predvalok prejde konvenčným mlynským lisom, nielenže sa zničí štrukturálna integrita kôry, ale dreň a kôra sa dôkladne premiešajú a zničí sa akákoľvek možnosť ich ekonomického oddelenia. Vnútorné jadro alebo dreň cukrovej trstiny predstavuje biodegradovateľnú hemicelulózovú vlákninu, ktorá má veľmi malú štrukturálnu hodnotu a ak hľadáme alternatívy ku konvenčným lesným produktom, aj malé množstvo drene vo vyrobených drevených výrobkoch by bolo dosť nežiaduce. Všetka pozornosť sa preto sústreďuje na hľadanie prostriedkov na oddelenie kôry od drene pred rezaním a mletím cukrovej trstiny v mlyne.
Dnes sa väčšina trstiny vo vyspelých krajinách zbiera pomocou kombajnu. Sochorový kombajn zrazí stonku a zahryzne sa do povrchu riadku, pričom so sebou berie množstvo odpadu, ako je železo, piesok, hlina, hlinené gule, kamene, tehly, lístie a vrcholy. Kombajn potom nareže stonku na kusy s dĺžkou približne 8 palcov. V najlepšom prípade za sucha obsahuje tona trstiny 8 % hmotnosti anorganického odpadu a za mokra tona trstiny obsahuje až 30 % hmotnosti anorganického odpadu. Nielenže je húževnaté celulózové vlákno trstiny úplne zničené v procese mletia v mlyne, ale toto vlákno je občas dôkladne premiešané s rovnakým množstvom anorganických zvyškov.
Tieto odpadky prichádzajúce do mlyna neobsahujú cukor a keď opúšťajú mlyn vo forme filtračného koláča alebo bagasy, odnášajú cukor. Každé jedno percento odpadu v predvalkoch predstavuje stratu vo výrobe troch libier cukru na tonu trstiny. Viac odpadu znamená viac údržby, viac flokulantov, viac vápna, viac zemného plynu, viac nespálenej bagasy, viac filtračného koláča, viac predných nakladačov, viac úpravy vody, viac usadzovacích nádrží, viac vlečných lán na čistenie usadzovacích nádrží, viac nákladnej dopravy, viac inverzia, viac melasy, menej cukru a vyššie náklady. Určite musí existovať spôsob, ako maximalizovať výťažnosť cukru a minimalizovať náklady na jeho výrobu a zároveň úplne zachovať celistvosť kôry.
Na vyriešenie tohto problému sú potrebné dva typy separácie. Prvý separátor, hustý stredný separátor, odstraňuje všetky anorganické nečistoty z predvalenej trstiny a druhý separátor, mechanický separátor, oddeľuje dreň od kože.
Engineering, Separation and Recycling LLC z Washingtonu, Louisiana, navrhla viac ako 20 hustých stredných separátorov používaných vo veľkej miere pri predspracovaní širokej škály koreňovej zeleniny, ako sú zemiaky, mrkva, kozia brada a repa. Rovnaký separátor zeleniny možno veľmi efektívne použiť na oddeľovanie predvalkov od anorganického odpadu (pozri obrázok nižšie). Keďže predvalok cukrovej trstiny má hustotu asi 1,09 RD (celkom podobnú hustote zemiakov), a keďže hlinené guľôčky, kamene a tehly majú hustotu výrazne nad 2,00 RD, je toto oddelenie jednoduché a priamočiare.
Po odstránení všetkého anorganického materiálu z polotovarov sú tieto potom smerované do veľmi moderného a sofistikovaného mechanického separátora nazývaného „Tilby Separator“. Separátor Tilby sa skladá z počiatočnej sady valcov (rozdeľovacia stanica), kde sú predvalky rozrezané na dve pozdĺžne polovice. Potom sa proces rozdelí na pravú a ľavú súpravu valcov (odkôstkovacia stanica), pričom každá súprava vyškrabuje a oddelí dreň od kôry. Predvalky prechádzajú cez deliace a hĺbkové stanice mimoriadnou rýchlosťou 20 stôp za sekundu. Iba dreň sa odvádza do odšťavovača, zatiaľ čo kôra sa posiela do sušičky. Po vysušení na obsah vlhkosti nižší ako 2% je možné z kôry vyrobiť takmer akýkoľvek typ reziva, ktoré si možno predstaviť.
Pretože vláknitá štruktúra a dĺžka pôvodného sochoru sú plne zachované v procese Tilby, pri výrobe konštrukčného reziva sa vyžaduje oveľa menej lepidla, ako by to bolo bežne. Ak by boli vyrobené do umelých drevených kolíkov, máme všetko, čo by bolo potrebné na vytvorenie dutín stien nášho navrhovaného domu s ryžovým trupom. Ak sa sformujú do tvarovaných nosníkov typu I z drevených produktov, máme všetko, čo potrebujeme na vytvorenie dutín v podlahe a streche. Parapety, podlahové dlaždice, strešné krytiny, dokonca aj vlákna potrebné na výrobu vláknocementových obkladov, to všetko sa dá vyrobiť z extrémne robustných vlákien kôry cukrovej trstiny. [37] [38]
Vďaka použitiu stavebného reziva sa ponúka možnosť zdvihnutia celej konštrukcie zo zeme (mólo a nosník) za rozumnú cenu a umožňuje umiestnenie v nížinných oblastiach alebo na nerovnom teréne. Podobne sa podkrovie ľahko premení na otvorený, ničím nerušený a užitočný obytný priestor, čím sa výrazne znížia priemerné náklady na štvorcový meter konštrukcie. [39] Keďže celosvetová ročná produkcia surovej cukrovej trstiny predstavuje približne jednu miliardu ton, pre priemysel drevárskeho priemyslu je potenciálne k dispozícii približne 75 miliónov ton suchej kože. To sa takmer zhoduje so 100 miliónmi ton ryžových šupiek, ktoré sú každý rok k dispozícii na celom svete. S týmito dvoma vedľajšími produktmi z cukru a ryže môžeme každý rok postaviť a zatepliť milióny domov.
Ako občania veľkej priemyselnej spoločnosti je pre nás ťažké robiť veci, ktoré skutočne znamenajú rozdiel. Keď sa rozhodneme postaviť štruktúru odvodenú vo veľkej miere z poľnohospodárskych odpadových materiálov, nielenže robíme to, čo je správne s ohľadom na životné prostredie, ale tiež pre seba vytvárame štruktúru, ktorá je oveľa lepšia ako čokoľvek bežne dostupné. Tento super izolovaný dom z ryžového pliev/cukrovej trstiny, ak je správne navrhnutý, [40] by mal byť podstatne lacnejší na stavbu ako konvenčná stavba, pričom by mal jeho majiteľ neustále profitovať z toho, že účty za energie nikdy nepresiahnu v priemere viac ako jeden americký dolár za deň.
Prečo teda stavať konvenčne, keď je to oveľa lacnejšie a vo všetkých ohľadoch oveľa rozumnejšie robiť inak? Až doteraz sme sa vždy mohli uchýliť k tomu, že pokiaľ sme si neuvedomovali možné, nemohli sme to uskutočniť. Ale to nie je ani tak o povinnosti a povinnosti, ako o hľadaní nových a vzrušujúcich spôsobov, ako kreatívne reagovať na úžasnú a ohromujúcu krásu v našom vesmíre.
Dodatok
Prvý dom s ryžovým trupom, dokončený vo februári 2004, je domovom Paula a Ly Olivierovcov. Nachádza sa v historickom mestečku s parníkmi vo Washingtone v štáte Louisiana, priamo oproti nádhernej plantáži Magnolia Ridge [41] a je na nerozoznanie od domov postavených v tejto oblasti pred viac ako 150 rokmi. Pri stavbe tohto domu bolo použitých veľa stavebných techník opísaných v tomto dokumente.
Paul Olivier
Engineering, Separation & Recycling LLC
PO Box 250
Washington, Louisiana 70589
Telefón: 1-337-826-5540
E-mail: xpolivier@hotmail.com
Poznámky
- ↑ Velupillai, L., Mahin, DB, Warshaw, JW a Wailes, EJ 1996. Štúdia trhu pre systémy a zariadenia na výrobu energie z ryžových šupiek, str. 24, Louisiana State Agricultural Center. "V prírode sa oxid kremičitý (SiO2) vyskytuje ako sedem rôznych polymorfov: kremeň, cristobalit, tridymit, coezit, stishovit, lechatelerit (kremičité sklo) a opál; posledné dva sú amorfné." Drees, L., Wilding, L., Smeck, N. a Senkayi, A.1989. Minerals in Soil Environments (2. vydanie), str. 913, "Opál je polymorf hydratovaného oxidu kremičitého (Si02.nH20)." Tamže, str.921
- ↑ Cementy z popola z ryže a šupiek: Ich vývoj a aplikácie, Organizácia Spojených národov pre priemyselný rozvoj, Viedeň, str. 12-13
- ↑ Juliano, B.1985. Rice: Chemistry and Technology, s. 695
- ↑ "Žiadne iné rastlinné droby sa ani len nepribližujú množstvu oxidu kremičitého v ryžových šupkách." Beagle, EC 1978. Bulletin poľnohospodárskych služieb FOA 31, s.8
- ↑ Velupillai (1996), s.1
- ↑ tamže, s.15. Pozri Beagle (1978), str. "Percentá šupiek v nelúpanej ryži sa značne líšia, ale 20 % možno považovať za primeraný priemer." Tamže, s. 25
- ↑ Velupillai (1996), s.15
- ↑ tamže, s.44
- ↑ tamže, s.37. Zoznam niektorých mlynov na ryžu v Spojených štátoch nájdete na stránke http://web.archive.org/web/20060312140454/http://www.ricecafe.com:80/newlinks2.htm (vymazaná stránka; november 2010) alebo ftp://www.usarice.com/publish/member1.htm (vyžaduje členstvo, november 2010)
- ↑ Velupillai (1996), s.45
- ↑ Velupillai (1996), s.16
- ↑ "Ryžový obal má tepelnú vodivosť približne 0,0359 W/(m.°C); hodnoty sú dobre porovnateľné s tepelnou vodivosťou vynikajúcich izolačných materiálov (Houston, 1972)." Juliano (1985), str. 696. Tepelná vodivosť popola z ryžových šupiek sa uvádza 0,062 Wm-1.K-1. Pozri UNIDO, s.21. Najnovší test vykonaný výskumnými a vývojovými službami v Cookville, Tennessee, ukazuje 3,024 R na palec.
- ↑ Hoci sa šupky zuhoľnatenej ryže predávali ako izolačný materiál vo voľnej výplni pod ochrannou známkou „Mehabit“, je ťažké nájsť dôkaz, že na tento účel boli použité čerstvé šupky. Pozri Beagle (1978), str. 132
- ↑ Bígl (1978), s.8. "Vysoké percento oxidu kremičitého v ryžových šupkách a zvláštna silikátovo-celulózová štruktúra bráni rovnomernému a dôkladnému spaľovaniu šupiek v procese spaľovania." Velupillai (1996), str. "Zo všetkého spaľovania biomasy je spaľovanie ryžových šupiek (a slamy) obzvlášť ťažké kvôli vysokému obsahu popola." Tamže, s.23. "Eldon Beagle zapálil hromadu ryžových šupiek 300'x500'x50' a tie horeli šesť mesiacov." Tamže, s.24. "Lupa sa však nedá ľahko alebo čisto spáliť prebytočným vzduchom a rekuperácia energie je veľmi nízka, pretože vyrobené teplo sa nedá využiť prospešným spôsobom." Tamže, s.25
- ↑ tamže, s.24
- ↑ Z rozhovoru s Carlom D. Simpsonom z Riceland Foods, Inc
- ↑ Beagle (1978), s. 9, citované z Burrowsa (109A)
- ↑ "Koncentrácie chemikálií bežne pridávaných do komerčných celulózových izolácií sa bežne pohybujú od 10 do 40 % hmotnosti. Bežne používané chemikálie sú kyselina boritá, boritan sodný, síran amónny, síran hlinitý, trihydrát hlinitý, fosforečnan mono- alebo diamónny." Servisný bulletin s názvom "Boráty pre spomaľovanie horenia v celulózových materiáloch", str. 5, pripravený spoločnosťou US Borax
- ↑ Juliano (1985), s.695. Pokiaľ ide o cutin [1] (žiadna takáto stránka, november 2010)
- ↑ Juliano (1985), s.707
- ↑ Juliano (1985), s.696
- ↑ Juliano (1985), s.28
- ↑ Veľká časť porovnávacieho jazyka tohto odseku je prevzatá z Environmental Building News – Insulation Materials: Environmental Comparisons [2]
- ↑ "Styrén používaný v polystyrénovej izolácii je podľa EPA identifikovaný ako možný karcinogén, mutagén, chronický toxín a environmentálny toxín. Okrem toho sa vyrába z benzénu, ďalšej chemikálie s environmentálnymi a zdravotnými problémami." Tamže, str
- ↑ "Na výrobu izokyanátu, prekurzora polyizokyanurátovej a polyuretánovej izolácie, sa používajú dve chemikálie na báze chlóru: fosgén a propylénchlórhydrín." Tamže, s.4-5
- ↑ "The most significant pollutants found in insulation materials are chlorine-based chemicalsthat destroy the earth's protective ozone layer." Ibid., p.5
- ↑ "Most fiberglass insulation is produced using a phenol formaldehyde (PF) binder to hold the fibers together." Ibid., p.5
- ↑ "Growing health concerns about glass fiber" are discussed on p.10 of ibid
- ↑ ibid., pp.10-11
- ↑ Embodied energy is defined as "the energy required to produce and transport materials." Ibid., p.8
- ↑ Juliano (1985), p.696, Velupillai (1996), p.16, Beagle (1978), p.8
- ↑ "Hulls can be readily compressed to about 0.4 g/cm3, and grinding increases bulk density twoto four times." Juliano (1985), p.696
- ↑ These figures were submitted by Catherine Wanek, editor of the popular straw bale publication called The Last Straw
- ↑ "Measurements then showed the (straw bale) wall to insulate to R-27.5 (RSI-4.8). On a per-thickness basis, this is R-1.45 per inch (0.099 W/m°C), just about over half of the value most commonly reported."[3] p.2
- ↑ www.buldinggreen.com p.2 (subscription needed, nov 2010)
- ↑ http://web.archive.org/web/20020316053751/http://www.lib.lsu.edu:80/special/exhibits/sugar/case1.html (link not working, nov 2010)
- ↑ For more information on this rice hull construction technique[4]
- ↑ The Elimination of Extraneous Material from Sugarcane Billets [5]
- ↑ If, for example, the downstairs represents 60% of the total living space at a cost of $80/ft2, and if the upstairs can be converted into 40% of the total living space at an additional cost of $10/ft2, then the average cost/ft2 is only $52
- ↑ "Thick enough insulation and good enough windows can eliminate the need for a furnace, which represents an investment of more capital than those efficiency measures cost. Better appliances help eliminate the cooling system, too, saving more capital cost. The onlymoderately more efficient house and car do cost more to build, but when designed as whole systems, the superefficient house and car can often cost less than the original, unimproved versions." Hawkens, P., Lovins, A., and Lovins, H. 1999. Natural Capitalism, p. 114, Boston: Little, Brown and Company
- ↑ http://web.archive.org/web/20050624085458/http://www.cajuntravel.com:80/washington.html